逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法与流程

本发明有关于一种逆变器检测技术，且特别是有关于一种逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法。

背景技术：

逆变器是一种基于电力电子技术的功率变换装置，通过适当的控制方式可将电能从直流转为交流或从交流转为直流。当逆变器输出阻抗呈纯感性时，有功功率和无功功率解耦，逆变器的有功功率主要受电压的相位控制而无功功率主要受电压的幅值控制。

基于功率传递的原理，电压源控制型逆变器并网或多逆变器并联通常采用下垂控制。然而，逆变器输出阻抗通常呈阻感性，尤其是接到低压配电网里的逆变器，则有功功率和无功功率不解耦，此时，若直接用于下垂控制，则有功功率、无功功率间的耦合较大。

若可取得逆变器的输出阻抗角并采用一个旋转变换矩阵，经旋转变换后的有功功率及无功功率解耦，可直接用于下垂控制。因此，为能有效地控制逆变器，需要取得上述阻抗角，然而现有技术中尚无简单且准确的自动检测输出阻抗角的方法。

为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来仍未发展出适当的解决方案。

技术实现要素：

发明内容旨在提供本揭示内容的简化摘要，以使阅读者对本揭示内容具备基本的理解。此发明内容并非本揭示内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。

本发明内容的一目的是在提供一种逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法，借以改善先前技术的问题。

为达上述目的，本发明内容的一种逆变器的输出阻抗角检测方法，包括 以下步骤：(a)提供一第一电压信号，其中该第一电压信号包含一幅值及一功角，该幅值及该功角的其中一者为可变值，该幅值及该功角的另一者为定值；(b)根据该第一电压信号以控制一逆变器输出一第二电压信号及一电流信号；(c)接收并根据该第二电压信号及该电流信号，以计算并输出一第一有功功率、一第二有功功率、一第一无功功率及一第二无功功率；(d)设置一阻抗角为一初始阻抗角；(e)设置一设定阻抗角为该阻抗角；(f)根据该第一有功功率、该第二有功功率、该第一无功功率、该第二无功功率及该设定阻抗角，以计算并输出一第三有功功率、一第四有功功率、一第三无功功率及一第四无功功率；(g)判断该幅值是否为定值；(h)若判定该幅值为定值，则判断该第三无功功率与该第四无功功率的一第一差值的绝对值是否小于一第一功率参考值；(i)若判定该第一差值的绝对值小于该第一功率参考值，则该逆变器的输出阻抗角为该阻抗角；(j)若判定该第一差值的绝对值不小于该第一功率参考值，则令该阻抗角等于该设定阻抗角加上一补偿角或减去一补偿角，并重复步骤(e)至步骤(h)，直到符合步骤(i)；(k)若判定该幅值不为定值，则判断该第三有功功率与该第四有功功率的一第二差值的绝对值是否小于一第二功率参考值；(l)若判定该第二差值的绝对值小于该第二功率参考值，则该逆变器的输出阻抗角为该阻抗角；(m)若判定该第二差值的绝对值不小于该第二功率参考值，则令该阻抗角等于该设定阻抗角加上一补偿角或减去一补偿角，并重复步骤(e)、步骤(f)、步骤(g)、步骤(k)，直到符合步骤(l)。

为达上述目的，本发明内容的一种逆变器的输出阻抗角检测装置，此逆变器的输出阻抗角检测装置包含电压信号设定单元、控制单元、计算单元、旋转变换单元及检测单元。电压信号设定单元用以提供第一电压信号，其中第一电压信号包含幅值及功角，幅值及功角的其中一者为可变值，幅值及功角的另一者为定值。控制单元用以根据第一电压信号以控制逆变器输出第二电压信号及电流信号。计算单元用以接收并根据第二电压信号及电流信号，以计算并输出第一有功功率、第二有功功率、第一无功功率及第二无功功率。旋转变换单元用以根据第一有功功率、第二有功功率、第一无功功率、第二无功功率及设定阻抗角，以计算并输出第三有功功率、第四有功功率、第三无功功率及第四无功功率。检测单元用以根据该第三有功功率、该第四有功功率、该第三无功功率、该第四无功功率及该第一电压信号计算一阻抗角以 及该逆变器的输出阻抗角，其中该检测单元用以设置该阻抗角为一初始阻抗角，并设置该设定阻抗角为该阻抗角；其中该检测单元用以判断该幅值是否为定值，若判定该幅值为定值，则判断该第三无功功率与该第四无功功率的一第一差值的绝对值是否小于一第一功率参考值；若判定该第一差值的绝对值小于该第一功率参考值，则该逆变器的输出阻抗角为该阻抗角；若判定该第一差值的绝对值不小于该第一功率参考值，则令该阻抗角等于该设定阻抗角加上一补偿角或减去一补偿角；若判定该幅值不为定值，则判断该第三有功功率与该第四有功功率的一第二差值的绝对值是否小于一第二功率参考值；若判定该第二差值的绝对值小于该第二功率参考值，则该逆变器的输出阻抗角为该阻抗角；若判定该第二差值的绝对值不小于该第二功率参考值，则令该阻抗角等于该设定阻抗角加上一补偿角或减去一补偿角。

因此，根据本发明的技术内容，本发明实施例通过提供一种逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法，借以简单且准确地自动检测出逆变器的阻抗角，以有效地控制逆变器。

在参阅下文实施方式后，本发明本领域技术人员当可轻易了解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施例。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1依照本发明一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测装置的示意图。

图2A绘示依照本发明另一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的流程图。

图2B绘示依照本发明又一实施方式的一种如图2A所示的逆变器输出阻抗角检测方法的部分流程图。

图2C绘示依照本发明另一实施方式的一种如图2A所示的逆变器输出阻抗角检测方法的部分流程图。

图3绘示依照本发明再一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的流程图。

图4绘示依照本发明又一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的流程图。

图5A绘示依照本发明另一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的操作示意图。

图5B绘示依照本发明再一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的操作示意图。

图5C绘示依照本发明又一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的操作示意图。

图6A绘示依照本发明另一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的操作示意图。

图6B绘示依照本发明再一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的操作示意图。

图6C绘示依照本发明又一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的操作示意图。

根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本发明相关的具体特征与元件。此外，在不同图式间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。

其中，附图标记说明如下：

100：逆变器的输出阻抗角检测装置

110：电压信号设定单元

120：数字控制单元

130：有功/无功功率计算单元

140：旋转变换单元

150：阻抗角检测单元

200、200A、200B：方法

210～270：步骤

具体实施方式

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施 例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其他具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

除非本说明书另有定义，此处所用的科学与技术词汇的含义与本发明本领域技术人员所理解与惯用的意义相同。此外，在不和上下文冲突的情形下，本说明书所用的单数名词涵盖该名词的复数型；而所用的复数名词时亦涵盖该名词的单数型。

为能简单且准确地自动检测出逆变器的输出阻抗角，以有效地控制逆变器，本发明提出一种逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法，说明如后。

图1依照本发明一实施例绘示一种逆变器的输出阻抗角检测装置的示意图。如图所示，逆变器的输出阻抗角检测装置100包含电压信号设定单元110、数字控制单元120、有功/无功功率(PQ)计算单元130、旋转变换单元140及阻抗角检测单元150。

在本实施例中，电压信号设定单元110用以输出第一电压信号，此第一电压信号包含幅值U_c及功角δ。在一实施例中，逆变器的输出侧与电网耦接，功角δ可为，但不限于，第一电压信号与电网电压的相位差。上述幅值U_c及功角δ的其中一者为可变值，而另一者为定值。数字控制单元120用以根据第一电压信号以控制逆变器900输出第二电压信号u₀及电流信号i₀。PQ计算单元130用以接收并根据第二电压信号u₀及电流信号i₀，以计算并输出第一有功功率P₁、第二有功功率P₂、第一无功功率Q₁及第二无功功率Q₂。旋转变换单元140用以根据第一有功功率P₁、第二有功功率P₂、第一无功功率Q₁、第二无功功率Q₂及设定阻抗角以计算并输出第三有功功率P₁'、第四有功功率P₂'、第三无功功率Q₁'及第四无功功率Q₂'。阻抗角检测单元150用以根据第三有功功率P₁'、第四有功功率P₂'、第三无功功率Q₁'、第四无功功率Q₂'以及第一电压信号，以计算输出阻抗角。

为使输出阻抗角检测装置100检测输出阻抗角的步骤易于理解，请一并参阅图2A，其绘示依照本发明另一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的流程图。如图所示，于步骤210中，设置阻抗角θ为初始阻抗角θ₀。于步骤220中，设置设定阻抗角为阻抗角θ。于步骤230中，可通过电压信号设定单元110输出第一电压信号，第一电压信号包含幅值U_c以及功角δ。 于步骤240中，可通过阻抗角检测单元150判断幅值U_c是否为定值，若是，则执行步骤251，计算功角δ的变化量Δδ。举例而言，若功角δ由δ₁变化至δ₂，则功角δ的变化量Δδ＝δ₂-δ₁。

接着，步骤252～253可事先计算完成，或于步骤251之后再执行。于步骤252中，可通过PQ计算单元130以根据第二电压信号u₀及电流信号i₀，而计算第一有功功率P₁、第二有功功率P₂、第一无功功率Q₁及第二无功功率Q₂。其中，第一有功功率P₁和第一无功功率Q₁是当功角为δ₁时的计算值；而第二有功功率P₂和第二无功功率Q₂是当功角为δ₂时的计算值。于步骤253中，可通过旋转变换单元140以根据第一有功功率P₁、第二有功功率P₂、第一无功功率Q₁、第二无功功率Q₂及设定阻抗角而计算第三无功功率Q₁'及第四无功功率Q₂'，并计算无功功率Q'的变化量ΔQ'＝Q₂'-Q₁'。其中，第三无功功率Q₁'为第一有功功率P₁、第一无功功率Q₁及设定阻抗角的计算值；而第四无功功率Q₂'为第二有功功率P₂、第二无功功率Q₂及设定阻抗角 的计算值。

随后，于步骤254中，可通过阻抗角检测单元150以判断第三无功功率Q₁'与第四无功功率Q₂'的第一差值ΔQ'的绝对值是否小于第一功率参考值Q_c。若判定第一差值ΔQ'的绝对值小于第一功率参考值Q_c，则阻抗角θ即为逆变器的输出阻抗角(步骤270)。若判定第一差值ΔQ'的绝对值不小于第一功率参考值Q_c，则需进一步判断ΔQ'的方向，亦即执行步骤255。在一实施例中，可取约5％的逆变器额定功率以作为第一功率参考值Q_c，且第一功率参考值Q_c越小检测结果越精准。

于步骤255中，可通过阻抗角检测单元150以判断第一差值ΔQ'乘以变化量Δδ是否大于零，若是，则代表第一差值ΔQ'与变化量Δδ的方向相同，此时，执行步骤256，令阻抗角θ等于设定阻抗角加上补偿角Δθ₀，并回到步骤220以重新进行以上步骤，直至步骤254中判定第一差值ΔQ'的绝对值小于第一功率参考值Q_c时，此时阻抗角θ即为逆变器的输出阻抗角；若否，则代表第一差值ΔQ'与变化量Δδ的方向不同，此时，执行步骤257，令阻抗角θ等于设定阻抗角减去补偿角Δθ₀，并回到步骤220以重新进行以上步骤，直至步骤254中判定第一差值ΔQ'的绝对值小于第一功率参考值Q_c时，此时阻抗角θ即为逆变器的输出阻抗角。在一实施例中，补偿角Δθ₀可设定为5°， 且补偿角Δθ₀越小检测结果越精准。

另一方面，于步骤240中，若判定幅值U_c不为定值，则执行步骤261，计算幅值U_c的变化量ΔU_c。举例而言，若幅值U_c由U₁变化至U₂，而功角δ为定值，则幅值U_c的变化量ΔU_c＝U₂-U₁。

接着，步骤262～263可事先计算完成，或于步骤261之后再执行。于步骤262中，可通过PQ计算单元130以根据第二电压信号u₀及电流信号i₀，而计算第一有功功率P₁、第二有功功率P₂、第一无功功率Q₁及第二无功功率Q₂。其中，第一有功功率P₁和第一无功功率Q₁是当幅值为U₁时的计算值；而第二有功功率P₂和第二无功功率Q₂是当幅值为U₂时的计算值。于步骤263中，可通过旋转变换单元140以根据第一有功功率P₁、第二有功功率P₂、第一无功功率Q₁、第二无功功率Q₂及设定阻抗角而计算第三有功功率P₁'及第四有功功率P₂'，并计算有功功率P'的变化量ΔP'＝P₂'-P₁'。其中，第三有功功率P₁'为第一有功功率P₁、第一无功功率Q₁及设定阻抗角的计算值；而第四有功功率P₂'为第二有功功率P₂、第二无功功率Q₂及设定阻抗角的计算值。

随后，于步骤264中，可通过阻抗角检测单元150以判断第三有功功率P₁'与第四有功功率P₂'的第二差值ΔP'的绝对值是否小于第二功率参考值P_c。若判定第二差值ΔP'的绝对值小于第二功率参考值P_c，则阻抗角θ即为逆变器的输出阻抗角(步骤270)。若判定第二差值ΔP'的绝对值不小于第二功率参考值P_c，则需进一步判断第二差值ΔP'的方向，亦即执行步骤265。在一实施例中，可取约5％的逆变器额定功率以作为第二功率参考值P_c，且第二功率参考值P_c越小检测结果越精准。

于步骤265中，可通过阻抗角检测单元150以判断第二差值ΔP'乘以变化量ΔU_c是否大于零，若是，则代表第二差值ΔP'与变化量ΔU_c的方向相同，此时，执行步骤266，令阻抗角等于设定阻抗角减去补偿角Δθ₀，并回到步骤220以重新进行以上步骤，直至步骤264中判定第二差值ΔP'的绝对值小于第二功率参考值P_c时，此时阻抗角θ即为逆变器的输出阻抗角；若否，则代表第二差值ΔP'与变化量ΔU_c的方向不同，此时，执行步骤267，令阻抗角等于设定阻抗角加上补偿角Δθ₀，并回到步骤220以重新进行以上步骤，直至步骤264中判定第二差值ΔP'的绝对值小于第二功率参考值P_c时，此时阻 抗角θ即为逆变器的输出阻抗角。

在另一实施例中，逆变器的输出阻抗角检测装置100及检测方法200亦可采用二分法查找法，说明如后。需先说明的是，阻抗角θ的上界(最大值)及下界(最小值)分别为θ₂及θ₁，举例而言，阻抗角的最大值θ₂可为90°，而阻抗角的最小值θ₁可为0°。为使二分法查找法易于理解，请一并参阅图2B，其绘示依照本发明又一实施方式的一种如图2A所示的逆变器输出阻抗角检测方法的部分流程图。需说明的是，图2B仅绘示图2A的步骤255，以说明步骤255的另一实施方式，并未绘示逆变器的输出阻抗角检测方法200的所有步骤。于步骤255中，若判定第一差值ΔQ'乘以变化量Δδ大于零，则执行步骤256A，令阻抗角的最小值θ₁为设定阻抗角将阻抗角的最大值θ₂减去设定阻抗角以取得角度差，并将角度差除以二，以取得Δθ₀补偿角。此外，于步骤255中，若判定第一差值ΔQ'乘以变化量Δδ不大于零，则执行步骤257A，令阻抗角的最大值θ₂为设定阻抗角将设定阻抗角减去阻抗角的最小值θ₁以取得角度差，并将角度差除以二，以取得补偿角Δθ₀。

于再一实施例中，继续说明二分法查找方式。为使二分法查找法易于理解，请一并参阅图2C，其绘示依照本发明另一实施方式的一种如图2A所示的逆变器输出阻抗角检测方法的部分流程图。需说明的是，图2C仅绘示图2A的步骤265，以说明步骤265的另一实施方式，并未绘示逆变器的输出阻抗角检测方法200的所有步骤。于步骤265中，若判定第二差值ΔP'乘以变化量ΔU_c大于零，则执行步骤266A，令阻抗角的最大值θ₂为设定阻抗角将设定阻抗角减去阻抗角的最小值θ₁以取得角度差，并将角度差除以二，以取得补偿角Δθ₀。此外，于步骤265中，若判定第二差值ΔP'乘以变化量ΔU_c不大于零，则执行步骤267A，令阻抗角的最小值θ₁为设定阻抗角将阻抗角的最大值θ₂减去设定阻抗角以取得角度差，并将角度差除以二，以取得补偿角Δθ₀。

图3绘示依照本发明再一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的流程图。图3的逆变器的输出阻抗角检测方法200A与图2A的逆变器的输出阻抗角检测方法200的差异在于步骤210、254及264。于步骤210中，令初始阻抗角θ₀为90°，阻抗角θ亦为90°，如此，于步骤220中，设置设定阻抗角为阻抗角θ。在此状况下，请参阅步骤254，若判定第一差值ΔQ' 的绝对值不小于第一功率参考值Q_c，则令阻抗角θ等于设定阻抗角减去补偿角Δθ₀。此外，请参阅步骤264，若判定第二差值ΔP'的绝对值不小于第二功率参考值P_c，则令阻抗角θ等于设定阻抗角减去补偿角Δθ₀。需说明的是，图3所示的逆变器的输出阻抗角检测方法200A的其余步骤类似于图2A的逆变器的输出阻抗角检测方法200的步骤，为使本发明说明简洁，在此不作赘述。

图4绘示依照本发明再一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的流程图。图4的逆变器的输出阻抗角检测方法200B与第图2A的逆变器的输出阻抗角检测方法200的差异在于步骤210、254及264。于步骤210中，令初始阻抗角θ₀为0°，阻抗角θ亦为0°，如此，于步骤220中，设置设定阻抗角为阻抗角θ。在此状况下，请参阅步骤254，若判定第一差值ΔQ'的绝对值不小于第一功率参考值Q_c，则令阻抗角θ等于设定阻抗角加上补偿角Δθ₀。此外，请参阅步骤264，若判定第二差值ΔP'的绝对值不小于第二功率参考值P_c，则令阻抗角θ等于设定阻抗角加上补偿角Δθ₀。需说明的是，图4所示的逆变器的输出阻抗角检测方法200B的其余步骤类似于图2A的逆变器的输出阻抗角检测方法200的步骤，为使本发明说明简洁，在此不作赘述。

图5A～5C绘示依照本发明另一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的操作示意图。首先，输入第一电压信号U_c＝U₁，功角δ由δ₁变化到δ₂，若测出ΔQ'*Δδ>0且|ΔQ'|≧Q_c，如图5A所示，则令且返回步骤220，直到|ΔQ'|<Q_c，如图5B所示，此时检测结束，阻抗角θ为60°，亦即为逆变器的输出阻抗角。此外，若测出ΔQ'*Δδ<0且|ΔQ'|≧Q_c，如图5C所示，则令且返回步骤220，直到|ΔQ'|<Q_c，如图5B所示，此时检测结束，阻抗角θ为60°，亦即为逆变器的输出阻抗角。

图6A～6C绘示依照本发明再一实施方式的一种逆变器的输出阻抗角检测方法的操作示意图。首先，第一电压信号U_c由U₁变化到U₂，功角δ为定值，若测出ΔP'*ΔU_c>0且|ΔP'|≧P_c，如图6A所示，则令且返回步骤220，直到|ΔP'|<P_c，如图6B所示，此时检测结束，阻抗角θ为60°，亦即为逆变器的输出阻抗角。此外，若测出ΔP'*ΔU_c<0且|ΔP'|≧P_c，如图6C所示，则令且返回步骤220，直到|ΔP'|<P_c，如图6B所示，此时检 测结束，阻抗角θ为60°，亦即为逆变器的输出阻抗角。

本领域技术人员应明白，逆变器的输出阻抗角检测方法中的各步骤依其执行的功能予以命名，仅是为了让本案的技术更加明显易懂，并非用以限定该等步骤。将各步骤予以整合成同一步骤或分拆成多个步骤，或者将任一步骤更换到另一步骤中执行，抑或更换各步骤间的执行顺序，皆仍属于本揭示内容的实施方式。

由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有下列优点。本发明实施例通过提供一种逆变器的输出阻抗角检测装置及检测方法，借以简单且准确地自动检测出逆变器的输出阻抗角，以有效地控制逆变器。

虽然上文实施方式中揭露了本发明的具体实施例，然其并非用以限定本发明，本发明本领域技术人员，在不悖离本发明的原理与精神的情形下，当可对其进行各种更动与修饰，因此本发明的保护范围当以附随权利要求所界定的范围为准。